研究者：王妤軒 吳佳真 指導老師：陳沛皜老師 指導教授：洪祖全教授 洞船玄機── 探討邊界層厚度對船速之影響 研究者：王妤軒 吳佳真 指導老師：陳沛皜老師 指導教授：洪祖全教授
研究動機 根據龍騰版物理(二)B上冊第二章「生活瘋物理」中探討表面有凹洞的高爾夫球能減少空氣阻力。
研究動機
研究過程及方法 ∵ x→l δ↑ ∴ f↑ v↓
研究目的
研究過程及方法 無孔洞船殼表面邊界層模擬
研究過程及方法 有孔洞船殼表面邊界層模擬 直徑5mm
研究目的 水流 我們將船的船殼設計為兩層；裡層為正常之船殼，外層為佈有小孔洞的塑膠薄層，兩殼層中有縫隙使水能通過。 這是我們所設計的船，此船具有兩層船殼，黑線的部分為原本的船殼，而紫色線為我們自行外加的第二層船殼。 我們設定這艘船同樣具有一層邊界層，為紅線以內至第二層船殼(紫線)的部分，而船尾有葉片運轉後能使水流加速流經兩船殼間，
研究過程及方法 實驗用遙控船
研究過程及方法 用熱熔膠+AB膠黏貼
研究過程及方法 已完成之無鑽洞底船殼
研究過程及方法 直徑為 2mm 4mm 6mm 8mm
研究過程及方法 強力磁鐵 已完成之鑽洞底船殼
研究過程及方法 嘗試多次以遙控行駛時船皆明顯偏移向左，因此我們改為製作另外的動力系統使船前進。
研究過程及方法 鐵圈 馬達 線捲 完成後的馬達裝置
研究過程及方法 出水口 水道線 尼龍繩 捲線器 + 馬達 船 釣魚線 抽水口 游泳池俯視圖
研究過程及方法 尼龍繩
研究過程及方法
研究過程及方法 出水口 水道線 尼龍繩 捲線器 + 馬達 船 抽水口 游泳池俯視圖
研究結果 無孔洞船殼實驗數據 次數 船行駛23.0m所需時間(s) 平均速度(m/s) 1 11.47 2.01 2 12.30 1.87 11.77 1.95 4 13.33 1.73 5 12.47 1.84 6 12.70 1.81 7 13.40 1.72 8 12.43 1.85 9 12.40 10 平均值 標準差 0.56 0.08
研究結果 2mm孔洞船殼實驗數據 次數 船行駛23.0m所需時間(s) 平均速度(m/s) 1 10.27 2.24 2 10.33 2.23 3 10.73 2.14 4 10.67 2.16 5 10.47 2.20 6 10.37 2.22 7 10.63 8 10.70 2.15 9 10 10.30 平均值 10.51 2.19 標準差 0.18 0.04
研究結果 4mm孔洞船殼實驗數據 次數 船行駛23.0m所需時間(s) 平均速度(m/s) 1 11.70 1.97 2 10.87 2.12 3 10.57 2.18 4 11.10 2.07 5 11.90 1.93 6 11.77 1.95 7 11.57 1.99 8 11.83 1.94 9 11.80 10 10.70 2.15 平均值 11.38 2.02 標準差 0.49 0.09
研究結果 6mm孔洞船殼實驗數據 次數 船行駛23.0m所需時間(s) 平均速度(m/s) 1 13.70 1.68 2 3 12.73 1.81 4 14.30 1.61 5 12.40 1.85 6 13.10 1.76 7 13.23 1.74 8 13.30 1.73 9 11.63 1.98 10 平均值 13.13 標準差 0.71 0.10
研究結果 8mm孔洞船殼實驗數據 次數 船行駛23.0m所需時間(s) 平均速度(m/s) 1 14.97 1.54 2 14.43 1.59 3 14.27 1.61 4 14.10 1.63 5 14.07 6 14.17 1.62 7 8 13.90 1.65 9 13.60 1.69 10 14.00 1.64 平均值 標準差 0.34 0.04
結論
結論 由此推測，孔洞的大小會影響船隻的速度。 並且在一定的孔洞大小範圍內的確能夠提升 船的速度，但若船殼上的孔洞如果太大，反 而會使船的速度減緩。 此後我們會繼續進行實驗，並且設法找出可 以最有效率地提升船速的孔洞大小與船隻大 小的比例。
未來展望 以遙控行駛時船身仍會因為水流及馬達功率 不穩定的影響而無法流暢直進，我們因而想 出第二種方法來解決此問題。 設置一大型狹長水槽，船置於其中且距水槽 兩端仍有足夠之空間，使水槽中的水流保持 固定流速方向，以測力計測量不同船殼的船 被向後拉時的力大小，若讀數愈小則表示船 受到的阻力愈小。
未來展望 水槽設計圖(單位:mm)
未來展望 進水孔 幫浦、管線 抽水孔 水槽實體圖
未來展望 因進水孔只有一個，為避免過強的水柱影響整體水槽流場，我們是以利用吸管整流。
未來展望 完成大致結構的水槽，白色部分為防水布。 整流吸管
未來展望
參考資料 龍騰版物理(二)B上冊第二章「生活瘋物理」 David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics物理(上), 第八版, 全華圖書股份有限公司, 第十一章 流體力學 周晁光、林昕穎、葉家廷、葉奕辰, 2011看電 影談物理競賽得獎作品, 棒球之神顯靈？談變 化球原理, 邊界層簡介 http://www.youtube.com/watch?v=TFNl4R- vT50 FREDERICK H. ABERNATHY, 邊界層理論
特別感謝